JP5556698B2 - Battery assembly - Google Patents
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Description
本発明は、SOC(state of charge、充電状態)の変化に対して電圧変動が小さく、安定した出力特性領域を有する組電池装置に関する。 The present invention relates to an assembled battery device having a stable output characteristic region in which voltage fluctuation is small with respect to a change in SOC (state of charge).
特許文献1に記載の従来技術は、フラットな充放電容量範囲を確保できる特性を有するリチウムイオン電池である。このリチウムイオン電池は、理論電気容量全体の50%以上の容量範囲(例えば、理論電気容量の20%〜80%に相当する容量範囲)にわたり、電流値1Cの大きさの電流で充電及び放電したときに、端子間電圧の変動がいずれも0.2V以下である容量範囲を確保できる特性を有している。 The prior art described in Patent Document 1 is a lithium ion battery having characteristics capable of ensuring a flat charge / discharge capacity range. This lithium ion battery was charged and discharged with a current having a current value of 1 C over a capacity range of 50% or more of the entire theoretical electric capacity (for example, a capacity range corresponding to 20% to 80% of the theoretical electric capacity). In some cases, the variation of the inter-terminal voltage has a characteristic capable of ensuring a capacity range in which the voltage is 0.2 V or less.
したがって、このリチウムイオン電池によれば、少なくともフラットな充放電容量範囲内では、電圧変化を小さくして充放電させることができ、出力変動の小さい安定した出力特性(IV特性)を得ることができる。 Therefore, according to this lithium ion battery, at least within a flat charge / discharge capacity range, the voltage change can be reduced and charged / discharged, and stable output characteristics (IV characteristics) with small output fluctuations can be obtained. .
特許文献1に記載の技術では、出力変動の小さい電圧変化フラット領域(端子間電圧が3.25〜3.45Vの領域)においては電流積算によるSOC推定を実施し、端子間電圧の電気量変化率が閾値を超えるときには電圧を用いてSOC推定を実施する。つまり、SOCが例えば15%〜95%においては電流積算によりSOC推定を実施するため、この方法では電圧による電気量の算出に比べて一般に誤差が大きくなり、SOC検出の精度が好ましくないという問題がある。 In the technique described in Patent Document 1, SOC estimation by current integration is performed in a voltage change flat region (region where the voltage between terminals is 3.25 to 3.45 V) in which output fluctuation is small, and a change in electric quantity of the voltage between terminals is performed. When the rate exceeds the threshold, SOC estimation is performed using the voltage. That is, when the SOC is 15% to 95%, for example, the SOC estimation is performed by integrating the current. Therefore, this method generally has a larger error than the calculation of the electric quantity by the voltage, and the accuracy of the SOC detection is not preferable. is there.
したがって、SOC検出の精度を確保するには、SOCが15%〜95%の範囲を除く、完全充電または完全放電に近い状態でSOCの補正を実施する必要がある。しかしながら、実際の充放電時には、完全充電または完全放電とするには時間を要し、また使用条件によっては、完全充電または完全放電以外の領域で電池を使用する可能性があるため、電圧変化フラット領域におけるSOCの高精度検出が課題となる。 Therefore, in order to ensure the accuracy of SOC detection, it is necessary to perform SOC correction in a state close to full charge or complete discharge except for the SOC range of 15% to 95%. However, during actual charging / discharging, it takes time to fully charge or discharge, and depending on the usage conditions, there is a possibility that the battery may be used in a region other than full charging or discharging. High accuracy detection of SOC in the region becomes a problem.
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、SOCの変化に対して電圧変動が小さく安定した出力特性の領域において充電状態の高精度な検出を可能とする組電池装置を提供することにある。 Accordingly, the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to enable a highly accurate detection of a charging state in a stable output characteristic region in which voltage fluctuation is small with respect to a change in SOC. The object is to provide a battery device.
本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。すなわち、請求項1の組電池装置に係る発明は、充電率に対する電圧変化幅が所定の値以下である低変化領域を有する充電特性を備える複数個の二次電池と、二次電池への充電の際に、二次電池について検出された電圧、電流を用いて、二次電池に蓄えられた充電率を算出する演算装置と、を備え、
演算装置は、低変化領域において充電を実施する際に、電圧の時間変化率が所定の時間、予め定めた閾値を上回った場合に、または電圧の電気量変化率が所定の時間、予め定めた閾値を上回った場合に、二次電池の充電率の検出値を、当該予め定めた閾値に対して予め対応付けられた充電率の規定値に決定することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention employs the following technical means. That is, the invention relating to the assembled battery device of claim 1 includes a plurality of secondary batteries having charging characteristics having a low change region in which a voltage change width with respect to a charging rate is a predetermined value or less, and charging to the secondary battery. At the time, using a voltage, current detected for the secondary battery, and a calculation device that calculates the charging rate stored in the secondary battery,
When the charging is performed in the low change region, the arithmetic unit sets the voltage when the voltage change rate exceeds a predetermined threshold for a predetermined time, or when the voltage change rate for the electric voltage is set for a predetermined time. When the threshold value is exceeded, the detected value of the charging rate of the secondary battery is determined to be a specified value of the charging rate associated in advance with the predetermined threshold value.
この発明によれば、電圧の時間変化率または電圧の電気量変化率がそれぞれに対応する所定の条件を満たす場合に、二次電池の充電率の検出値を予め対応付けられた充電率の規定値に決定することにより、二次電池の充電率を検出することができる。このため、SOCの変化に対して電圧変動が小さく安定した出力特性の領域において充電率の高精度な検出を可能とする組電池装置を提供することができる。 According to the present invention, when a predetermined condition is satisfied that the electrical change rate of time change rate or voltage of the voltage corresponding to the respective provision has been corresponded beforehand charging rate detected value of the charging rate of the secondary battery By determining the value, the charging rate of the secondary battery can be detected. Therefore, it is possible to provide an assembled battery device that enables highly accurate detection of the charging rate in a region of stable output characteristics in which voltage fluctuation is small with respect to a change in SOC.
請求項2の組電池装置に係る発明は、充電率に対する電圧変化が所定の値以下である低変化領域を含む充電特性を有する複数個の二次電池と、二次電池への充電の際に、二次電池について検出された電圧、電流を用いて、二次電池に蓄えられた充電率を算出する演算装置と、を備え、
演算装置は、低変化領域において充電を実施する際に、電圧の時間変化率が所定の時間、予め定めた閾値を上回った場合に、二次電池の充電率の検出値を、当該予め定めた閾値に対して予め対応付けられ電圧の時間変化率と充電率との間に満たされる関係式から算出した充電率の値に決定することを特徴とする。
The invention according to
When performing the charging in the low change region, the arithmetic unit determines the detection value of the charging rate of the secondary battery when the time change rate of the voltage exceeds a predetermined threshold for a predetermined time. The charging rate value is calculated from a relational expression that is previously associated with the threshold value and that is satisfied between the time change rate of the voltage and the charging rate .
この発明によれば、電圧の時間変化率が対応する所定の条件を満たす場合に、二次電池の充電率の検出値を、予め対応付けられ電圧の時間変化率と充電率との間に満たされる関係式から算出した充電率の値に決定することにより、二次電池の充電率を検出することができる。このため、SOCの変化に対して電圧変動が小さく安定した出力特性の領域において充電率の高精度な検出を可能とする組電池装置を提供することができる。 According to the present invention, when a predetermined condition is satisfied that the time rate of change of voltage corresponding, during the detection value of the charging rate of the secondary battery, and the time rate of change corresponded beforehand et al are voltage and charging rate by determining the value of the charging rate calculated from the relational expression is satisfied, it is possible to detect the charging rate of the secondary battery. Therefore, it is possible to provide an assembled battery device that enables highly accurate detection of the charging rate in a region of stable output characteristics in which voltage fluctuation is small with respect to a change in SOC.
請求項3によると、演算装置は、充電中に、二次電池のそれぞれについて求めた充電率から当該二次電池間の充電率の差である充電率のずれ量を検出し、当該充電率のずれ量を抑制するために選定した二次電池について充電電流を低減することを特徴とする。 According to claim 3, computing device, during charging, to detect the displacement amount of the charging rate is the difference between the charging rate between the secondary cell from the charging rate determined for each of the secondary batteries, of the charging rate It is characterized in that the charging current is reduced for the secondary battery selected to suppress the deviation amount.
この発明によれば、充電中に二次電池間の充電率のずれ量を検出して選定した二次電池について充電電流の低減を行うことにより、当該選定した二次電池の充電量を抑制し、組電池を構成する電池間の充電量差を小さくして、均等な充電状態に近づけることができる。このため、充電終了後、まもなく二次電池の電力を使用する場合には、充電終了後の放電の機会が得られないが、このような場合であっても、選定した二次電池について充電中の充電量抑制を実施することによって、複数個の二次電池の充電状態について均等化を図ることができ、非常に有用な組電池装置を提供できる。 According to this invention, the charging amount of the selected secondary battery is suppressed by reducing the charging current of the selected secondary battery by detecting the amount of charge rate deviation between the secondary batteries during charging. Thus, the charge amount difference between the batteries constituting the assembled battery can be reduced to approach the uniform charge state. For this reason, when the power of the secondary battery is used shortly after the end of charging, there is no opportunity for discharging after the end of charging, but even in such a case, the selected secondary battery is being charged. By suppressing the amount of charge, it is possible to equalize the charged state of a plurality of secondary batteries and provide a very useful assembled battery device.
請求項4によると、請求項3に記載の発明に加え、演算装置は、さらに充電終了後に、二次電池のそれぞれについて求めた充電率から当該二次電池間の充電率の差である充電率のずれ量を判定し、当該充電率のずれ量を抑制するために選定した二次電池について放電を実施することを特徴とする。 According to claim 4, in addition to the invention of claim 3, computing device further after completion of charging, the charging rate is the difference in charging rate between the secondary cell from the charging rate determined for each of the secondary batteries The secondary battery selected to determine the amount of deviation of the battery and to suppress the amount of deviation of the charging rate is discharged.
この発明によれば、請求項3の発明で実施する充電中の充電量抑制に加えて、充電終了後に、選定した二次電池について放電を実施することにより、当該充電中の充電量抑制では充電率の均等化が十分に図れなかった場合に、この状態を解消できる有用な放電ステップを提供できる。 According to the present invention, in addition to the charge amount control during charging performed in the invention of claim 3, the charge is suppressed in the charge amount control during the charge by discharging the selected secondary battery after the end of the charge. When the rate is not sufficiently equalized, it is possible to provide a useful discharge step that can eliminate this state.
請求項5によると、二次電池の正極は、オリビン構造を有するリチウム金属リン酸塩を含むことを特徴とする。この発明によれば、高い充放電容量域において電圧に基づく容量検出が可能な範囲を確保する上で好ましい。また、オリビン構造のリチウム金属リン酸塩は、高温等の過負荷状態において、酸素を発生し難いため、熱的、化学的に安定な組電池を提供することに寄与する。 According to claim 5, the positive electrode of the secondary battery includes a lithium metal phosphate having an olivine structure. According to the present invention, it is preferable to secure a range in which capacity detection based on voltage is possible in a high charge / discharge capacity region. In addition, since the lithium metal phosphate having an olivine structure hardly generates oxygen in an overload state such as a high temperature, it contributes to providing an assembled battery that is thermally and chemically stable.
請求項6によると、リチウム金属リン酸塩は、LiMPO4で表される化合物であり、MはMn、Fe、Co、Niから選択された少なくとも1種以上の金属元素であることが好ましい。 According to claim 6, the lithium metal phosphate is a compound represented by LiMPO 4 , and M is preferably at least one metal element selected from Mn, Fe, Co, and Ni.
請求項7によると、上記MはMn、Feの金属元素であることが好ましい。この発明によれば、Mn及びFeの金属元素を有するリチウム金属リン酸塩を正極活物質として備えることにより、少なくとも2箇所の低変化領域を有する充電特性の組電池を提供できる。 According to claim 7, the M is preferably a metal element of Mn or Fe. According to the present invention, by providing lithium metal phosphate having metal elements of Mn and Fe as a positive electrode active material, a battery pack having at least two low change regions can be provided.
請求項8によると、二次電池の負極は、リチウム金属、炭素系材料、チタン酸化物、合金系材料のいずれかを含むことが好ましい。 According to claim 8, the negative electrode of the secondary battery preferably includes any one of lithium metal, carbon-based material, titanium oxide, and alloy-based material.
(第1実施形態)
本発明に係る組電池装置を適用した第1実施形態について説明する。組電池装置200は、SOC(state of charge、充電状態、または充電状態を表す充電率)に対する電圧変化幅が所定の値以下である低変化領域を有する充電特性を備える複数個のリチウムイオン二次電池10(以下、単に「二次電池10」ともいう)と、これらの二次電池10への充電の際に、二次電池10について検出された電圧及び電流を用いて、当該二次電池10に蓄えられた充電状態を算出する演算装置42と、を少なくとも備えて構成される。
(First embodiment)
A first embodiment to which an assembled battery device according to the present invention is applied will be described. The assembled
組電池100は、複数個の二次電池10を直列接続して構成されている。組電池100は、例えば、電動機のみによって走行する電気自動車(EV)、電動機と内燃機関とを併用して走行駆動力とするプラグインハイブリッド自動車(PHV)等に搭載されるバッテリとして用いることができる。
The assembled
図1は、本発明を適用する組電池装置200の構成を示した概略図である。組電池装置200は、例えばハイブリッド自動車に搭載され、走行のための電動機と接続されている。この組電池装置200は、図1に示すように、組電池100と、電流検出装置20と、電圧検出装置30と、電池制御装置40とを備えている。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an assembled
電池制御装置40は、入力部41、演算装置42、記憶部43、出力部44等を備えている。電流検出装置20は、組電池100を構成する複数の二次電池10を流れる電流値を検出する。電圧検出装置30は、各二次電池10の端子間電圧を検出する。電流検出装置20が検出する電流値や、電圧検出装置30が検出する端子間電圧は、入力部41に入力される。SOCは、例えば記憶部43に記憶されたマップ、所定のプログラム等を用いた演算によって演算装置42によって求められる。演算装置42は、電圧検出装置30が検出する端子間電圧と、記憶部43に記憶されている組電池100固有の充電特性を示したマップ(例えば図2参照)とを用いて、所定のプログラムにしたがった演算によって組電池100に蓄えられているSOC(充電状態)を求める。図2は、組電池装置200に含まれる組電池100の二次電池1個あたりの充電特性を示す充電特性図である。
The
出力部44は、当該演算結果に基づいて組電池100の充電を制御する。したがって、電池制御装置40は、組電池100全体または各二次電池10を流れる電流値、各二次電池10における端子間電圧等を用いて、充電状態、すなわち、SOCを検出するとともに、検出したSOCを用いて組電池100の充電を制御する。
The
二次電池10は、充電時のSOCと端子間電圧とに関する充電特性を示す固有の充電特性図において、SOCに対する電圧変化幅が所定の値以下(例えば、0.4V以下)である低変化領域を有する。例えば、図2に示すように、組電池100を構成する二次電池1個あたりの端子間電圧は、SOCに対する電圧変化幅が、3.25V〜3.45Vである低変化領域を有する。このような特徴を有する二次電池10を直列接続してなる組電池100によれば、安定した出力特性(IV特性)とともに、電池の充電状態の正確な検出を確実に実現できる。
The
SOCと二次電池1個あたりの電圧及び電圧の時間変化率dV/dtとの関係は、例えば、図2の充電特性図に示されている。当該充電特性図は、SOCが0%〜約7%の範囲に電圧変化幅の大きい第1の高変化領域を有し、SOCが約7%〜約95%の範囲に電圧変化幅が所定の値以下(0.2V以下)である低変化領域を有し、SOCが約95%〜100%の範囲に電圧変化幅の大きい第2の高変化領域を有している。当該低変化領域は、電圧変化量が小さく、電圧増加曲線がなだらかな電圧フラット領域でもある。 The relationship between the SOC and the voltage per secondary battery and the time change rate dV / dt of the voltage is shown, for example, in the charge characteristic diagram of FIG. The charging characteristic diagram includes a first high change region having a large voltage change width in a range of SOC of 0% to about 7%, and a voltage change width of a predetermined range of SOC in a range of about 7% to about 95%. It has a low change region that is less than or equal to the value (0.2 V or less), and has a second high change region with a large voltage change width in the SOC range of about 95% to 100%. The low change region is a voltage flat region in which the voltage change amount is small and the voltage increase curve is gentle.
図2の上には、当該電圧フラット領域について、SOCに対する電圧の時間変化率dV/dtの変移が示されている。当該dV/dtの変移は、予め定めた閾値Vthを超える範囲を二つ有する。当該二つの範囲は、例えば、SOCが15%〜35%の範囲と75%〜80%の範囲である。当該二つの範囲のうちSOCの小さい方の範囲は、dV/dtがSOCの増加に伴い所定の閾値Vthを超えようとするP1点と、SOCの増加に伴い所定の閾値Vthを下回ろうとするP2点との間の範囲である。当該二つの範囲のうちSOCの大きい方の範囲は、dV/dtがSOCの増加に伴い所定の閾値Vthを超えようとするP3点と、SOCの増加に伴い所定の閾値Vthを下回ろうとするP4点との間の範囲である。また、これら二つの範囲は、例えば、充電回数の増加に伴う電池劣化によっても変動しない二次電池10固有の範囲である。
In the upper part of FIG. 2, the change of the time change rate dV / dt of the voltage with respect to the SOC is shown for the voltage flat region. The change of dV / dt has two ranges exceeding a predetermined threshold value Vth. The two ranges are, for example, a SOC range of 15% to 35% and a range of 75% to 80%. Of the two ranges, the range with the smaller SOC is P1 point where dV / dt tends to exceed the predetermined threshold Vth as the SOC increases, and tries to fall below the predetermined threshold Vth as the SOC increases. It is a range between P2 points. Of the two ranges, the range with the higher SOC is P3 point where dV / dt tends to exceed the predetermined threshold Vth as the SOC increases, and tries to fall below the predetermined threshold Vth as the SOC increases. It is a range between P4 points. In addition, these two ranges are specific to the
組電池100のSOCは、所定の条件が満たされた場合に、これら4つのP1点〜P4点のそれぞれに対応付けられたSOCの規定値により求められ、また、電流積算により求めたSOCの演算により求められる。
The SOC of the assembled
本実施形態では、具体的には、演算装置42は、図2に示すように、上記の低変化領域において充電を実施する際に、電圧の時間変化率dV/dtが所定の時間、予め定めた閾値Vthを上回った場合に、閾値Vthに対して予め対応付けられたSOCの規定値(例えばP1点またはP3点に対応付けられたSOC)に、二次電池10のSOCを決定する。すなわち、演算装置42は、電圧の時間変化率dV/dtが閾値Vthを超えてから所定の時間経過後のSOCを、当該閾値Vthに予め対応付けた所定の規定値に決定することにより、二次電池10のSOCを検出する。
In the present embodiment, specifically, as shown in FIG. 2, when the
リチウムイオン二次電池10は、正極と負極とそれら正負極間に介在する電解質とその他必要な部材とを有する。以下、各要素について説明する。
The lithium ion
(正極)
リチウムイオン二次電池10に含まれる正極の活物質としては、オリビン構造を有するオリビン型リチウム化合物、例えば、リン酸化合物の一つであるリチウム金属リン酸塩を用いることが望ましい。リチウム金属リン酸塩は、例えば、LiMPO4で表される化合物とする。当該Mには、Mn,Fe,Co,Niから選択された少なくとも1種以上の金属元素であることが望ましい。
(Positive electrode)
As the positive electrode active material included in the lithium ion
さらに好ましくは、当該Mは、Mn、Feの金属元素とすることである。このような金属元素を採用すれば、充放電特性図において、使用電圧範囲が大きくならず、適度な範囲に設定することが可能であり、SOCの検出にとって有効で扱いやすい二次電池を提供することができる。 More preferably, M is a metal element of Mn or Fe. If such a metal element is used, the operating voltage range does not become large in the charge / discharge characteristic diagram, and it can be set to an appropriate range, and an effective and easy-to-handle secondary battery for SOC detection is provided. be able to.
その他に有することができる要素としては導電材、結着材、集電体などが挙げられる。正極活物質は、導電材、結着材などと混合した状態で集電体の表面に層状に形成された活物質層を形成することができる。例えば、正極活物質と結着材と導電材等とを水、Nメチル−2−ピロリドン(NMP)等の溶媒中で混合した後、集電体上に塗布して形成することができる。 Other elements that can be included include a conductive material, a binder, and a current collector. The positive electrode active material can form an active material layer formed in layers on the surface of the current collector in a state of being mixed with a conductive material, a binder, and the like. For example, the positive electrode active material, the binder, the conductive material, and the like can be formed by mixing them in a solvent such as water or N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) and then applying the mixture on the current collector.
導電材は、活物質から生成される電子の授受を行う材料であり、導電性を有するものであればよい。例えば炭素材料や導電性高分子材料が挙げられる。炭素材料としてはケッチェンブラック、アセチレンブラック、カーボンブラック、グラファイト、カーボンナノチューブ、非晶質炭素等を採用できる。また、導電性高分子材料としてはポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリアセンを採用できる。 The conductive material is a material that transmits and receives electrons generated from the active material, and may be any material that has conductivity. Examples thereof include a carbon material and a conductive polymer material. As the carbon material, ketjen black, acetylene black, carbon black, graphite, carbon nanotube, amorphous carbon and the like can be adopted. Further, polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, or polyacene can be used as the conductive polymer material.
結着材は活物質等の構成要素を結合させて電極を形作る材料である。種々の高分子材料を採用することができ、化学的・物理的安定性が高いものが望ましい。例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、エチレンプロピレンゴム(EPDM)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ニトリルゴム(NBR)、フッ素ゴム等が挙げられる。また、導電材として導電性高分子材料を採用すると、導電材の作用に加え結着材の作用を発現させることができる。集電体はアルミニウム等の金属から形成される金属箔などを採用することができる。 The binder is a material that forms an electrode by combining components such as an active material. Various polymer materials can be adopted, and those having high chemical and physical stability are desirable. Examples thereof include polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, ethylene propylene rubber (EPDM), styrene butadiene rubber (SBR), nitrile rubber (NBR), and fluorine rubber. Further, when a conductive polymer material is employed as the conductive material, the action of the binder can be expressed in addition to the action of the conductive material. The current collector may be a metal foil formed from a metal such as aluminum.
(負極)
負極の構成は特に限定されないが、適正な負極活物質を有することができる。負極活物質の種類によっては結着材や集電体などを用いる場合もある。結着材は正極にて説明したものと同様のものが採用できる。集電体は銅等の金属から形成される金属箔などを採用することができる。
(Negative electrode)
Although the structure of a negative electrode is not specifically limited, It can have a suitable negative electrode active material. Depending on the type of the negative electrode active material, a binder or a current collector may be used. The binder can be the same as that described for the positive electrode. The current collector may be a metal foil formed of a metal such as copper.
リチウムイオン二次電池10を構成する場合には、負極の活物質としては、リチウムイオンを吸蔵及び放出できる化合物を単独または組み合わせて用いることができる。リチウムイオンを吸蔵及び放出できる化合物の一例としてはリチウム等の金属材料、ケイ素、スズ、銅等を含有する合金系材料、グラファイト、コークス等の炭素系材料、チタン酸化物等がある。また、チタン酸化物は、ブロンズ構造を有するもの、ブロンズ構造を有さないその他のものを採用することができる。したがって、リチウムイオン二次電池10の負極は、リチウム金属、グラファイト等の炭素系材料、チタン酸化物、合金系材料のいずれかを含むものである。また、これらの活物質は単独で用いるだけでなく、これらを複数種類混合して用いることもできる。
When the lithium ion
例えば、負極活物質としてリチウム金属箔を用いる場合、銅等の金属からなる集電体の表面にリチウム箔を圧着することで形成できる。また負極活物質として合金材料、炭素材料を用いる場合は、負極活物質と結着材等とを水、NMP等の溶媒中で混合した後、銅等の金属からなる集電体上に塗布して形成することができる。 For example, when a lithium metal foil is used as the negative electrode active material, it can be formed by pressure bonding the lithium foil to the surface of a current collector made of a metal such as copper. When an alloy material or a carbon material is used as the negative electrode active material, the negative electrode active material and a binder are mixed in a solvent such as water or NMP, and then applied onto a current collector made of a metal such as copper. Can be formed.
(電解質)
電解質は正極及び負極の間のイオン等の荷電担体の輸送を行う媒体であり、特に限定しないが、リチウムイオン二次電池10が使用される雰囲気下で物理的、化学的、電気的に安定なものが望ましい。
(Electrolytes)
The electrolyte is a medium that transports charge carriers such as ions between the positive electrode and the negative electrode, and is not particularly limited, but is physically, chemically, and electrically stable in an atmosphere in which the lithium ion
例えば、電解質としては、LiBF4,LiPF6,LiCF3SO3,LiN(CF3SO2)2,LiN(C2F5SO2)2,LiN(CF3SO2)(C4F9SO2)の中から選ばれた1種以上を支持電解質とし、これを有機溶媒に溶解させた電解液が好ましい。有機溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン等及びこれらの混合物が例示できる。中でもカーボネート系溶媒を含む電解液は、高温での安定性が高いことから好ましい。また、ポリエチレンオキサイドなどの固体高分子に上記の電解質を含んだ固体高分子電解質やリチウムイオン伝導性を有する高分子材料、セラミック、ガラス等の固体電解質も使用可能である。 For example, as the electrolyte, LiBF 4 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO An electrolytic solution in which at least one selected from 2 ) is used as a supporting electrolyte and dissolved in an organic solvent is preferable. Examples of the organic solvent include propylene carbonate, ethylene carbonate, 1,2-dimethoxyethane, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, tetrahydropyran, and mixtures thereof. Among them, an electrolytic solution containing a carbonate solvent is preferable because of its high stability at high temperatures. In addition, a solid polymer electrolyte containing the above electrolyte in a solid polymer such as polyethylene oxide, a polymer material having lithium ion conductivity, a solid electrolyte such as ceramic or glass can also be used.
(その他必要な部材)
その他必要な部材としては、セパレータ、ケース、電極端子等が二次電池の構成や使用形態に応じて選択される。
(Other necessary components)
As other necessary members, a separator, a case, an electrode terminal, and the like are selected according to the configuration and usage of the secondary battery.
正極と負極との間には電気的な絶縁作用とイオン伝導作用とを両立する部材であるセパレータを介装することが望ましい。電解質が液状である場合にはセパレータは、液状の電解質を保持する役割をも果たす。セパレータとしては、多孔質合成樹脂膜、特にポリオレフィン系高分子(ポリエチレン、ポリプロピレン)やガラス繊維からなる多孔質膜、不織布を採用できる。さらに、セパレータは、正極及び負極の間の絶縁を担保する目的で、正極及び負極よりもさらに大型の形態を採用することが好ましい。 It is desirable to interpose a separator that is a member that achieves both electrical insulation and ion conduction between the positive electrode and the negative electrode. When the electrolyte is liquid, the separator also serves to hold the liquid electrolyte. As the separator, a porous synthetic resin film, in particular, a porous film made of polyolefin polymer (polyethylene, polypropylene) or glass fiber, or a nonwoven fabric can be employed. Furthermore, it is preferable that the separator adopts a larger size than the positive electrode and the negative electrode for the purpose of ensuring insulation between the positive electrode and the negative electrode.
正極、負極、電解質、セパレータ等は何らかのケース内に収納することが一般的である。ケースは、特に限定されるものではなく、種々の材料、形態で作成することができる。ケースにはケースの内外で電力の授受を行う電極端子が設けられる。 In general, the positive electrode, the negative electrode, the electrolyte, the separator, and the like are housed in some case. The case is not particularly limited, and can be made of various materials and forms. The case is provided with electrode terminals for transmitting and receiving electric power inside and outside the case.
次に、組電池装置200における組電池100の充電を制御する充電制御方法について、図3のフローチャートにしたがって説明する。
Next, a charge control method for controlling charging of the assembled
まずステップ10において、電池制御装置40の制御により、組電池100を構成する複数の二次電池10の充電を開始すると、ステップ20に進み、電流検出装置20によって検出された電流値を積算して、二次電池10のSOCを算出する。次にステップ30で、算出したSOCが50%未満で、かつ電圧検出装置30で検出した電圧Vに基づく電圧の時間変化率dV/dtが閾値Vthを所定時間、上回っているか否かを判定する。
First, in
ステップ30の条件をYESと判定すると、ステップ40でSOCをP1点の値にセットする。これにより、dV/dtが閾値Vthを所定時間、上回っていることを確認してからSOCをP1点に対応する値に規定するのである。換言すれば、SOCのセット処理は、dV/dtが閾値Vthを上回る状態を所定時間(例えば1秒間)経ることにより、dV/dtを複数回(例えば10回)チェックしてから、SOCをP1点に対応する15%に規定するのである。
If the condition of
そして、ステップ50において、電流検出装置20によって検出された電流値の積算によって、二次電池10のSOCを算出する。次にステップ60で、算出したSOCが50%以上で、かつ電圧検出装置30で検出した電圧Vに基づく電圧の時間変化率dV/dtが閾値Vthを所定時間、上回っているか否かを判定する。
In
ステップ60の条件をNOと判定すると、ステップ50に戻り、SOCを電流積算により算出する。ステップ60でYESと判定すると、ステップ70でSOCをP3点の値にセットする。これにより、dV/dtが閾値Vthを所定時間、上回っていることを確認してからSOCをP3点に対応する値に規定するのである。換言すれば、SOCのセット処理は、dV/dtが閾値Vthを上回る状態を所定時間(例えば1秒間)経ることにより、dV/dtを複数回(例えば10回)チェックしてから、SOCをP3点に対応する75%に規定するのである。
If it is determined that the condition of
そして、ステップ80において、電流検出装置20によって検出された電流値の積算によって、二次電池10のSOCを算出する。次にステップ90で、電池制御装置40は、算出した二次電池10のSOCが充電上限電圧(例えば、充電設定値)に達したか否かを判定する。この判定は、SOCが充電上限電圧に達するまで繰り返される。電池制御装置40は、ステップ90でYESと判定すると、充電を停止し、SOCを100%にセットする処理を実行する。
In
充電終了後には、ステップE1で組電池100を構成するすべての二次電池10について、SOCを均等にするSOC均等化制御を実行し、図3のフローチャートを終了する。
After the end of charging, SOC equalization control for equalizing the SOC is executed for all the
上記のステップ30でNOと判定すると、次にステップ32で、算出したSOCが50%以上で、かつ電圧検出装置30で検出した電圧Vに基づく電圧の時間変化率dV/dtが閾値Vthを所定時間、上回っているか否かを判定する。
If it is determined NO in
ステップ32の条件をNOと判定すると、ステップ34に進み、電池制御装置40は、算出した二次電池10のSOCが充電上限電圧(例えば、充電設定値)に達したか否かを判定する。電池制御装置40は、ステップ34でYESと判定するとステップ100に進み、充電停止等、SOC均等化制御を実行し、図3のフローチャートを終了する。ステップ34でNOと判定すると、ステップ20に戻る。一方、ステップ32の条件をYESと判定すると、ステップ70に進み、以降のステップを順に実行していき、図3のフローチャートを終了する。
If it is determined that the condition of
次に、図3のステップE1の「SOC均等化制御」ステップを、図4のサブルーチンにしたがって説明する。 Next, the “SOC equalization control” step of step E1 of FIG. 3 will be described according to the subroutine of FIG.
まずステップE10において、SOCをP3点に対応する値(75%)にセットする。次にステップE11で、組電池100を構成するすべての二次電池10についてSOCの算出を開始し、次に、ステップE13で、すべての電池についてSOCがP3点に対応する75%以上であるか否かを判定する。
First, at step E10, the SOC is set to a value (75%) corresponding to the point P3. In step E11, to start calculation of the SOC for all
ステップE13でNOと判定すると、SOCが75%以上であると判定された電池についてバイパス放電を実施する(ステップE14)。当該バイパス放電は、ステップE15で、均等化対象電池のSOCがP3点相当の75%になるまで行われる。ステップE15で、YESと判定すると、本サブルーチンを終了する。 If it determines with NO by step E13, bypass discharge will be implemented about the battery determined as SOC being 75% or more (step E14). The bypass discharge is performed in Step E15 until the SOC of the equalization target battery reaches 75% corresponding to P3. If YES is determined in step E15, the present subroutine is terminated.
ステップE13でYESと判定すると、ステップE16で、最低のSOCである二次電池10を決定し、他の二次電池10それぞれについて、最低SOCの二次電池10との差であるSOCずれ量(充電状態のずれ量)を算出する。そして、各二次電池10のSOCずれ量のいずれかが所定値DSOC以上であるか否かを判定する。
If YES is determined in step E13, the
ステップE16でNOと判定すると、SOC均等化をする必要のある電池セルは存在しないため、本サブルーチンを終了する。ステップE16でYESと判定すると、先のステップE16でYESと判定されて均等化処理の対象と選定された二次電池10のみについて、バイパス放電を実施する(ステップE17)。当該バイパス放電は、ステップE18で、均等化対象電池のSOCが上記の最低SOCと同等になったと判定するまで行われる。ステップE18で、YESと判定すると、本サブルーチンを終了する。
If NO is determined in step E16, there is no battery cell that needs to be subjected to SOC equalization, and thus this subroutine is terminated. If YES is determined in step E16, bypass discharge is performed only for the
以上のように、SOC均等化制御ステップでは、充電終了後に、各二次電池10について、充電容量差分をバイパス放電して、複数個の二次電池10のSOCを最低のSOCの二次電池に合わせて均等化を図るのである。
As described above, in the SOC equalization control step, after completion of charging, the charge capacity difference is bypass-discharged for each
本実施形態の組電池装置200がもたらす作用効果について説明する。組電池装置200は、SOC(充電状態)に対する電圧変化幅が所定の値以下である低変化領域を有する充電特性を備える複数個の二次電池10と、二次電池10への充電の際に、二次電池10について検出された電圧等を用いて、二次電池10のSOCを算出する演算装置42と、を少なくとも備える。演算装置42は、低変化領域において充電を実施する際に、電圧の時間変化率dV/dtが予め定めた閾値Vthを所定の時間、上回った場合に、二次電池10のSOCを、当該予め定めた閾値Vthに対して予め対応付けられたSOCの規定値に決定する(ステップ40,70)。
The effect which the assembled
これによれば、電圧の時間変化率または電圧の電気量変化率がそれぞれに対応する所定の条件を満たす場合に、二次電池の充電状態を予め対応付けられた充電状態の規定値に決定することにより、二次電池の充電状態を高精度に検出する。このため、SOCの変化に対して電圧変動が小さく安定した出力特性の領域において充電状態の高精度な検出を可能とする組電池装置200を提供することができる。また、このように充電中の高精度のSOC検出を可能にするため、SOC検出のために充電を停止する必要がなく、充電完了までの時間を短縮でき、有効に使用することができる。
According to this, when the time change rate of the voltage or the change rate of the electric quantity of the voltage satisfies a predetermined condition corresponding to each, the state of charge of the secondary battery is determined as a predetermined value of the charge state associated in advance. Thus, the state of charge of the secondary battery is detected with high accuracy. Therefore, it is possible to provide the assembled
また、低変化領域において高精度のSOC(充電状態)検出を可能にするため、満充電付近だけではなく、幅広い充電容量範囲で電池間のSOCのばらつきを検出することも可能になる。 In addition, in order to enable highly accurate SOC (charge state) detection in a low change region, it is possible to detect variations in SOC between batteries not only in the vicinity of full charge but also in a wide charge capacity range.
演算装置42は、さらに充電終了後に、二次電池10のそれぞれについて求めたSOCから二次電池間のSOCの差であるSOCのずれ量(充電状態のずれ量)を判定し、SOCのずれ量を抑制するために選定した二次電池10について放電を実施する(ステップE14,E17)。
After the end of charging, the
この制御によれば、充電終了後に、選定した二次電池10について放電を実施することにより、個々の電池の劣化進行度合い等のために、均等に充電されなかった状態を改善することができ、電池の劣化進行を抑制することにも寄与する。また、SOCのばらつきを判定することが満充電付近以外の幅広い充電容量範囲で実施可能であるため、二次電池10の劣化促進を抑制できるという効果を奏する。
According to this control, after the end of charging, by performing discharge on the selected
また、リチウムイオン二次電池10の正極は、オリビン構造を有するリチウム金属リン酸塩を含む。これによれば、高い充電容量域において電圧に基づく容量検出が可能な範囲を確保する上で好ましい。また、オリビン構造のリチウム金属リン酸塩は、高温等の過負荷状態において、酸素を発生し難いため、熱的、化学的に安定な組電池100を得ることができる。
Moreover, the positive electrode of the lithium ion
さらにMは、Mn、Feの金属元素であることが好ましい。これによれば、Mn及びFeの金属元素を有するリチウム金属リン酸塩を正極活物質として備えることにより、充放電特性曲線において少なくとも2箇所の電圧変化の高変化領域によって形成される電圧変動範囲を抑制することができる。電圧変動幅が大きいと、組電池としての出力特性の安定性が下がり、また電解液の分解性が高くなり、分解した場合には電池が機能しなくなることがある。そこで、電圧変動範囲の抑制効果により、組電池100における出力特性の安定性と充放電容量の検出性との両立の観点から有効な組電池100が得られる。
Further, M is preferably a metal element of Mn or Fe. According to this, by providing lithium metal phosphate having metal elements of Mn and Fe as a positive electrode active material, a voltage fluctuation range formed by at least two high voltage change regions in the charge / discharge characteristic curve is obtained. Can be suppressed. When the voltage fluctuation range is large, the stability of the output characteristics of the assembled battery is lowered, and the decomposability of the electrolytic solution is increased, and the battery may not function when it is decomposed. Therefore, the effective assembled
(第2実施形態)
第2実施形態では、第1実施形態で説明した充電制御の他の形態として、第2実施形態に記載する特徴的な充電制御を図5及び図6を参照して説明する。図5は、第2実施形態に係る充電運転の処理手順を示すフローチャートである。図6は、図5のフローチャートにおける「SOC均等化制御」ステップの処理手順を示すサブルーチンである。本実施形態で特に説明しない構成、制御等は、第1実施形態と同様であるとし、その作用効果も同様である。
(Second Embodiment)
In the second embodiment, characteristic charge control described in the second embodiment will be described with reference to FIGS. 5 and 6 as another form of charge control described in the first embodiment. FIG. 5 is a flowchart showing a processing procedure of the charging operation according to the second embodiment. FIG. 6 is a subroutine showing the processing procedure of the “SOC equalization control” step in the flowchart of FIG. The configuration, control, and the like that are not particularly described in the present embodiment are the same as those in the first embodiment, and the effects thereof are also the same.
本実施形態に記載する特徴的な充電制御は、第1実施形態の充電制御に対して、ステップE2の「SOC均等化制御」が、充電終了ではなく、充電中に実行される点が異なる。さらにこの差異に伴い、「SOC均等化制御」のサブルーチンが図6にしたがって行われる。 The characteristic charge control described in the present embodiment is different from the charge control of the first embodiment in that the “SOC equalization control” in step E2 is executed not during the end of charging but during charging. Further, in accordance with this difference, the “SOC equalization control” subroutine is performed according to FIG.
以下、第1実施形態の充電制御と異なる点について説明する。第2実施形態のフローチャートでは、ステップ70の後であって、ステップ90でSOCが充電上限電圧に到達したか否かを判定する前に、すなわち充電開始後、充電終了前にステップE2で組電池100を構成するすべての二次電池10について、SOCを均等にするSOC均等化制御を実行する。
Hereinafter, differences from the charge control of the first embodiment will be described. In the flowchart of the second embodiment, after
ステップE2の「SOC均等化制御」ステップを、図6のサブルーチンにしたがって説明する。まず、ステップE20において、SOCをP3点に対応する値(75%)にセットする。次にステップE21で、組電池100を構成するすべての二次電池10についてSOCの算出を開始する。ステップE22で、最低のSOCである二次電池10を決定し、他の二次電池10それぞれについて、最低SOCの二次電池10との差であるSOCずれ量(充電状態のずれ量)を算出する。そして、各二次電池10のSOCずれ量のいずれかが所定値DSOC以上であるか否かを判定する。
The “SOC equalization control” step of step E2 will be described according to the subroutine of FIG. First, in step E20, the SOC is set to a value (75%) corresponding to the point P3. Next, in step E21, the calculation of the SOC is started for all the
ステップE22でNOと判定すると、SOCの均等化をする必要のある電池セルは存在しないため、本サブルーチンを終了する。ステップE22でYESと判定すると、先のステップE22でYESと判定されて均等化処理の対象と選定された二次電池10のみについて、バイパス充電を実施する(ステップE23)。
If NO is determined in step E22, there is no battery cell that needs to equalize the SOC, and thus this subroutine is terminated. If it determines with YES by step E22, bypass charge will be implemented only about the
バイパス充電は、二次電池に対して電気抵抗を通して電流を流すことにより、充電電流を低下させることによって、当該二次電池への充電量を低減させるものである。このバイパス充電によって、二次電池のSOCからみれば、SOCの抑制という前述のバイパス放電と同様の効果が得られるのである。当該バイパス充電は、ステップE24で、均等化対象電池のSOCが上記の所定値DSOC未満になったと判定するまで行われる。ステップE24で、YESと判定すると、本サブルーチンを終了する。 Bypass charging is to reduce the amount of charge to the secondary battery by causing the current to flow through the electrical resistance to the secondary battery to reduce the charging current. By this bypass charging, from the viewpoint of the SOC of the secondary battery, the same effect as the above-described bypass discharge of suppressing the SOC can be obtained. The bypass charging is performed until it is determined in step E24 that the SOC of the equalization target battery is less than the predetermined value DSOC. If YES is determined in the step E24, the present subroutine is terminated.
以上のように、SOC均等化制御ステップでは、充電中に、充電容量が他の電池よりも所定量以上大きい二次電池10について充電量を抑制する。これにより、複数個の二次電池10のSOCを最低のSOCの二次電池に合わせ、組電池100を構成する二次電池10についてSOCの均等化を図るのである。
As described above, in the SOC equalization control step, during charging, the charge amount is suppressed for the
本実施形態の組電池装置200がもたらす作用効果について説明する。演算装置42は、充電中に、二次電池10のそれぞれについて求めたSOCから当該二次電池間のSOCのずれ量を検出し、当該SOCのずれ量に基づいて選定した二次電池10について充電電流を低減する(ステップE22,E23)。
The effect which the assembled
この制御によれば、充電中に二次電池間のSOCのずれ量を検出して選定した二次電池10について充電電流の低減を行うことにより、当該選定した二次電池10の充電量を抑制し、組電池100を構成する電池間の充電量差を小さくして、均等な充電状態に近づけることができる。このため、充電終了後、まもなく二次電池10の電力を使用する場合には、充電終了後の放電の機会が得られないが、このような場合であっても、選定した二次電池10について充電中の充電量抑制を行うことによって、複数個の二次電池10のSOCについて均等化を図ることができる。
According to this control, the charging amount of the selected
また、充電中または充電終了後に検出する二次電池間のSOCのずれ量は、SOCが最低の二次電池10を検出し、他の二次電池10それぞれのSOCと当該最低SOCとの差に基づいて、充電電流を低減する対象となる二次電池10を選定する。この処理によれば、当該選定した二次電池10の充電量を最低のSOCに合わせることになるため、組電池100を構成する電池間の充電量差をほぼなくし、均等な充電状態にできる。したがって、組電池100を構成する複数個の二次電池10間の電池劣化度合いに大きな差を生じにくくする充電制御を提供できる。
Further, the amount of SOC shift between the secondary batteries detected during charging or after the end of charging is determined by detecting the
(第3実施形態)
第3実施形態では、第1実施形態で説明した充電制御の他の形態として、第3実施形態に記載する特徴的な充電制御を図7及び図8を参照して説明する。図7は、第3実施形態に係る組電池100の二次電池1個あたりの充電特性を示す図である。図8は、第3実施形態に係る充電運転の処理手順を示すフローチャートである。本実施形態で特に説明しない構成、制御等は、第1実施形態と同様であるとし、その作用効果も同様である。
(Third embodiment)
In the third embodiment, characteristic charge control described in the third embodiment will be described with reference to FIGS. 7 and 8 as another form of charge control described in the first embodiment. FIG. 7 is a diagram illustrating charging characteristics per secondary battery of the assembled
本実施形態に記載する特徴的な充電制御は、図7及び図8に示すように、第1実施形態の充電制御に対して、ステップ40A及びステップ70Aの「SOCの算出方法」が異なる。 As shown in FIGS. 7 and 8, the characteristic charge control described in the present embodiment is different from the charge control of the first embodiment in “SOC calculation method” in step 40A and step 70A.
以下、第1実施形態の充電制御と異なる点について説明する。本実施形態においても演算装置42は、電圧検出装置30が検出する端子間電圧と、記憶部43に記憶されている組電池100固有の充電特性を示したマップ(例えば図7参照)とを用いて、所定のプログラムにしたがった演算によって組電池100に蓄えられているSOC(充電状態)を求める。
Hereinafter, differences from the charge control of the first embodiment will be described. Also in the present embodiment, the
図7に示す充電特性図と電圧の時間変化率dV/dtの変移は、第1実施形態で説明した図2に示すものと同様である。図7に図示するように、dV/dtの変移は、予め定めた閾値Vthを超える範囲を二つ有し、当該二つの範囲のうち、SOCの小さい方の範囲においてdV/dtがSOCの増加に伴い所定の閾値Vthを超えようとする点(図2のP1点に相当)には、所定の関係式が対応付けられている。当該所定の関係式は、予め定めた閾値Vthに対して予め対応付けられ、電圧の時間変化率dV/dtと充電状態SOCの間に満たされる関係式F1であり、予め記憶部43に記憶されている。
The change in the charge characteristic diagram and the time change rate dV / dt of the voltage shown in FIG. 7 is the same as that shown in FIG. 2 described in the first embodiment. As shown in FIG. 7, the transition of dV / dt has two ranges exceeding a predetermined threshold value Vth, and dV / dt increases in SOC in the smaller range of the two ranges. Accordingly, a predetermined relational expression is associated with a point (corresponding to the point P1 in FIG. 2) about to exceed the predetermined threshold Vth. The predetermined relational expression is a relational expression F1 that is associated with a predetermined threshold value Vth in advance and is satisfied between the voltage time change rate dV / dt and the state of charge SOC, and is stored in the
さらに、当該二つの範囲のうち、SOCの大きい方の範囲においてdV/dtがSOCの増加に伴い所定の閾値Vthを超えようとする点(図2のP3点に相当)には、所定の関係式が対応付けられている。当該所定の関係式は、予め定めた閾値Vthに対して予め対応付けられ、電圧の時間変化率dV/dtと充電状態SOCの間に満たされる関係式F3であり、予め記憶部43に記憶されている。これらの所定の関係式は、閾値Vthを上回った点から変曲点までを直線または多項式曲線によって表した近似式である。
Further, a point where dV / dt tends to exceed a predetermined threshold Vth as the SOC increases (corresponding to the point P3 in FIG. 2) in the larger SOC range of the two ranges has a predetermined relationship. An expression is associated. The predetermined relational expression is a relational expression F3 that is associated with a predetermined threshold value Vth in advance and is satisfied between the voltage time change rate dV / dt and the state of charge SOC, and is stored in the
本実施形態では、所定の関係式F1,F3は、それぞれ以下の式で表される。 In the present embodiment, the predetermined relational expressions F1 and F3 are represented by the following expressions, respectively.
(F1) dV/dt=(5.96×10−6)×SOC(%)−7.33×10−5
(F3) dV/dt=(2.84×10−6)×SOC(%)−1.93×10−4
具体的には、演算装置42は、図7に示すように、上記の低変化領域において充電を実施する際に、電圧の時間変化率dV/dtが所定の時間、予め定めた閾値Vthを上回った場合に、閾値Vthに対して予め対応付けられた所定の関係式、すなわち、F1式、F3式を用いて算出したSOCに、二次電池10のSOCを決定する。すなわち、演算装置42は、電圧の時間変化率dV/dtが閾値Vthを超えてから所定の時間経過後のSOCを、当該所定の関係式から算出したSOCの値に決定することにより、二次電池10のSOCを検出する。
(F1) dV / dt = (5.96 × 10 −6 ) × SOC (%) − 7.33 × 10 −5
(F3) dV / dt = (2.84 × 10 −6 ) × SOC (%) − 1.93 × 10 −4
Specifically, as shown in FIG. 7, when the
図8に示すように、第3実施形態のフローチャートでは、ステップ30でYESと判定した後に、ステップ40Aで、上記のF1式を用いてSOCを算出し、ステップ30の条件を満たす状態のSOCをF1式によって算出された値にセットする。さらに、第3実施形態のフローチャートでは、ステップ60でYESと判定した後に、ステップ70Aで、上記のF3式を用いてSOCを算出し、ステップ60の条件を満たす状態のSOCをF3式によって算出された値にセットする。
As shown in FIG. 8, in the flowchart of the third embodiment, after determining “YES” in
本実施形態の組電池装置200がもたらす作用効果について説明する。組電池装置200は、SOC(充電状態)に対する電圧変化幅が所定の値以下である低変化領域を含む充電特性を有する複数個の二次電池10と、二次電池10への充電の際に、二次電池10について検出された電圧及び電流を用いて、二次電池10に蓄えられたSOCを算出する演算装置42と、を備える。演算装置42は、低変化領域において充電を実施する際に、電圧の時間変化率dV/dtが所定の時間、予め定めた閾値Vthを上回った場合に、二次電池10のSOCを、予め定めた閾値Vthに対して予め対応付けられ電圧の時間変化率dV/dtとSOCの間に満たされる関係式(例えば上記F1,F3)から算出したSOCの値に決定する(ステップ40A,70A)。
The effect which the assembled
これによれば、電圧の時間変化率dV/dtが対応する所定の条件を満たす場合に、二次電池10のSOCを、予め対応付けられ電圧の時間変化率dV/dtとSOCとの間に満たされる関係式(例えば上記F1,F3)から算出したSOCの値に決定することにより、二次電池10の充電状態を高精度に検出することができる。このため、SOCの変化に対して電圧変動が小さく安定した出力特性の領域において充電状態の高精度な検出を可能とする組電池装置200を提供できる。
According to this, when the predetermined time condition dV / dt of the voltage satisfies the corresponding condition, the SOC of the
(第4実施形態)
第4実施形態では、第1実施形態で説明した充電制御の他の形態として、第4実施形態に記載する特徴的な充電制御を図9及び図10を参照して説明する。図9は、第4実施形態に係る組電池100の二次電池1個あたりの充電特性を示す図である。図10は、第4実施形態に係る充電運転の処理手順を示すフローチャートである。本実施形態で特に説明しない構成、制御等は、第1実施形態と同様であるとし、その作用効果も同様である。
(Fourth embodiment)
In the fourth embodiment, characteristic charge control described in the fourth embodiment will be described with reference to FIGS. 9 and 10 as another form of charge control described in the first embodiment. FIG. 9 is a diagram illustrating charging characteristics per secondary battery of the assembled
本実施形態に記載する特徴的な充電制御は、図9及び図10に示すように、第1実施形態の充電制御に対して、ステップ30A、ステップ32A、及びステップ60Aが異なる。
As shown in FIGS. 9 and 10, the characteristic charge control described in the present embodiment is different from the charge control of the first embodiment in
以下、第1実施形態の充電制御と異なる点について説明する。本実施形態においても演算装置42は、電圧検出装置30が検出する端子間電圧と、記憶部43に記憶されている組電池100固有の充電特性を示したマップ(例えば図9参照)とを用いて、所定のプログラムにしたがった演算によって組電池100に蓄えられているSOC(充電状態)を求める。
Hereinafter, differences from the charge control of the first embodiment will be described. Also in the present embodiment, the
二次電池10は、充電時のSOCと端子間電圧とに関する充電特性を示す固有の充電特性図において、SOCに対する電圧変化幅が所定の値以下(例えば、0.4V以下)である低変化領域を有する。当該充電特性図は、第1実施形態の図2と同様に、SOCが0%〜約7%の範囲に電圧変化幅の大きい第1の高変化領域を有し、SOCが約7%〜約95%の範囲に電圧変化幅が所定の値以下(0.2V以下)である低変化領域を有し、SOCが約95%〜100%の範囲に電圧変化幅の大きい第2の高変化領域を有している。
The
図9の上には、電圧フラット領域について、SOCに対する電圧の電気量変化率dV/dAhの変移が示されている。当該dV/dAhの変移は、予め定めた閾値VAhを超える範囲を二つ有し、第1実施形態のdV/dtの変移と同様である。当該二つの範囲は、例えば、SOCが15%〜35%の範囲と75%〜80%の範囲である。当該二つの範囲のうちSOCの小さい方の範囲は、dV/dAhがSOCの増加に伴い所定の閾値VAhを超えようとするP1点と、SOCの増加に伴い所定の閾値VAhを下回ろうとするP2点との間の範囲である。当該二つの範囲のうちSOCの大きい方の範囲は、dV/dAhがSOCの増加に伴い所定の閾値VAhを超えようとするP3点と、SOCの増加に伴い所定の閾値VAhを下回ろうとするP4点との間の範囲である。また、これら二つの範囲は、例えば、充電回数の増加に伴う電池劣化によっても変動しない二次電池10固有の範囲である。
In the upper part of FIG. 9, a change in the electric quantity change rate dV / dAh of the voltage with respect to the SOC is shown in the voltage flat region. The change in dV / dAh has two ranges exceeding a predetermined threshold value VAh, and is the same as the change in dV / dt in the first embodiment. The two ranges are, for example, a SOC range of 15% to 35% and a range of 75% to 80%. Of the two ranges, the range with the lower SOC is P1 point where dV / dAh tends to exceed the predetermined threshold VAh as the SOC increases, and tries to fall below the predetermined threshold VAh as the SOC increases. It is a range between P2 points. Of the two ranges, the range with the higher SOC is the point P3 where dV / dAh tends to exceed the predetermined threshold VAh as the SOC increases, and tries to fall below the predetermined threshold VAh as the SOC increases. It is a range between P4 points. In addition, these two ranges are specific to the
組電池100のSOCは、所定の条件が満たされた場合に、これら4つのP1点〜P4点のそれぞれに対応付けられたSOCの規定値により求められ、また、電流積算により求めたSOCの演算により求められる。
The SOC of the assembled
本実施形態では、具体的には、演算装置42は、図9に示すように、上記の低変化領域において充電を実施する際に、電圧の電気量変化率dV/dAhが所定の時間、予め定めた閾値VAhを上回った場合に、閾値VAhに対して予め対応付けられたSOCの規定値(例えばP1点またはP3点に対応付けられたSOC)に、二次電池10のSOCを決定する。すなわち、演算装置42は、電圧の電気量変化率dV/dAhが閾値VAhを超えてから所定の時間経過後のSOCを、当該閾値VAhに予め対応付けた所定の規定値に決定することにより、二次電池10のSOCを検出する。なお、充電が一定の電流で行われる場合には、電圧の電気量変化率dV/dAhは、第1実施形態の電圧の時間変化率dV/dtと同じ変移を呈するようになり、両者は技術的には同様の意義を持つものである。
In the present embodiment, specifically, as shown in FIG. 9, when the
図10に示すように、第4実施形態のフローチャートでは、ステップ20の後に、ステップ30Aで、算出したSOCが50%未満で、かつ電圧検出装置30で検出した電圧Vに基づく電圧の電気量変化率dV/dAhが閾値VAhを所定時間、上回っているか否かを判定する。ステップ30Aの条件をYESと判定すると、ステップ40に進み、NOと判定すると、ステップ32Aに進む。
As shown in FIG. 10, in the flowchart of the fourth embodiment, after
ステップ32Aでは、算出したSOCが50%以上で、かつ電圧検出装置30で検出した電圧Vに基づく電圧の電気量変化率dV/dAhが閾値VAhを所定時間、上回っているか否かを判定する。同様に、ステップ60Aでは、算出したSOCが50%以上で、かつ電圧検出装置30で検出した電圧Vに基づく電圧の電気量変化率dV/dAhが閾値VAhを所定時間、上回っているか否かを判定する。
In step 32A, it is determined whether or not the calculated SOC is 50% or more and the rate of change dV / dAh of the voltage based on the voltage V detected by the
本実施形態の組電池装置200がもたらす作用効果について説明する。組電池装置200は、SOC(充電状態)に対する電圧変化幅が所定の値以下である低変化領域を有する充電特性を備える複数個の二次電池10と、二次電池10への充電の際に、二次電池10について検出された電圧等を用いて、二次電池10のSOCを算出する演算装置42と、を少なくとも備える。演算装置42は、低変化領域において充電を実施する際に、電圧の電気量変化率dV/dAhが予め定めた閾値VAhを所定の時間、上回った場合に、二次電池10のSOCを、当該予め定めた閾値VAhに対して予め対応付けられたSOCの規定値に決定する(ステップ40,70)。
The effect which the assembled
これによれば、電圧の電気量変化率dV/dAhが対応する所定の条件を満たす場合に、二次電池10のSOCを予め対応付けられたSOCの規定値に決定することにより、二次電池10の充電状態を検出する。このため、SOCの変化に対して電圧変動が小さく安定した出力特性の低変化領域において充電状態の高精度な検出を可能とする組電池装置200が得られる。また、低変化領域において高精度のSOC検出を可能にするため、満充電付近だけではなく、幅広い充電容量範囲で電池間のSOCのばらつきを検出することも可能になる。
According to this, the
(第5実施形態)
第5実施形態では、第1実施形態で説明した充電制御の他の形態として、第5実施形態に記載する特徴的な充電制御を図11を参照して説明する。図11は、第5実施形態に係る充電運転の処理手順を示すフローチャートである。本実施形態で特に説明しない構成、制御等は、第1実施形態と同様であるとし、その作用効果も同様である。
(Fifth embodiment)
In the fifth embodiment, characteristic charging control described in the fifth embodiment will be described with reference to FIG. 11 as another form of charging control described in the first embodiment. FIG. 11 is a flowchart showing a processing procedure of the charging operation according to the fifth embodiment. The configuration, control, and the like that are not particularly described in the present embodiment are the same as those in the first embodiment, and the effects thereof are also the same.
本実施形態に記載する特徴的な充電制御は、第1実施形態の充電制御に対して、ステップE2の充電中に実行される「SOC均等化制御」が、さらに加わる点が異なる。このステップE2は、第2実施形態で説明した図6のサブルーチンにしたがって行われる。 The characteristic charge control described in the present embodiment is different from the charge control of the first embodiment in that “SOC equalization control” executed during the charge in step E2 is further added. This step E2 is performed according to the subroutine of FIG. 6 described in the second embodiment.
本実施形態がもたらす作用効果について説明する。演算装置42は、充電中に実施するステップE2による「SOC均等化制御」に加え、さらに充電終了後に、二次電池10それぞれについて求めたSOC(充電状態)から二次電池間のSOCのずれ量(充電状態のずれ量)を判定し、当該SOCのずれ量に基づいて選定した二次電池10について放電を実施する(ステップE1)。
The effects provided by the present embodiment will be described. In addition to the “SOC equalization control” in step E2 performed during charging, the
この制御によれば、充電中の充電量抑制に係るステップ(ステップE2)に加えて、充電終了後に、選定した二次電池10について放電を実施することにより、当該ステップE2ではSOCの均等化が十分に図れなかった場合に、この状態を解消できる有用な放電ステップを提供できる。
According to this control, in addition to the step (step E2) related to the suppression of the charging amount during charging, the selected
(他の実施形態)
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。
(Other embodiments)
The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
上記実施形態において、組電池100における二次電池1個あたりの充電特性は、図2に示す形態に限定するものではない。図2に示した充電特性は、SOC(充電状態)に対する電圧変化幅が所定の値以下である低変化領域を一つ有するものである。しかしながら、本発明に係る組電池100は、このような低変化領域を2個以上有する充電特性を持つものであってもよい。このような充電特性を持つ組電池であれば、SOCの高精度検出のポイントをさらに多く設定できるため、SOCが高精度に検出できる範囲を広くすることができる。
In the said embodiment, the charging characteristic per secondary battery in the assembled
10…リチウムイオン二次電池(二次電池)
42・・・演算装置
100…組電池
200…組電池装置
10 ... Lithium ion secondary battery (secondary battery)
42 ...
Claims (8)
前記二次電池への充電の際に、前記二次電池について検出された電圧、電流を用いて、前記二次電池に蓄えられた充電率を算出する演算装置と、を備え、
前記演算装置は、前記低変化領域において充電を実施する際に、電圧の時間変化率が所定の時間、予め定めた閾値を上回った場合に、または電圧の電気量変化率が所定の時間、予め定めた閾値を上回った場合に、前記二次電池の充電率の検出値を、当該予め定めた閾値に対して予め対応付けられた充電率の規定値に設定することを特徴とする組電池装置。 A plurality of secondary batteries having a charging characteristic having a low change region in which a voltage change width with respect to a charge rate is equal to or less than a predetermined value;
An arithmetic unit that calculates the charge rate stored in the secondary battery using the voltage and current detected for the secondary battery when charging the secondary battery, and
When the charging is performed in the low change region, the arithmetic unit is configured such that when the time change rate of the voltage exceeds a predetermined threshold for a predetermined time, or the voltage change rate of the voltage is set for a predetermined time in advance. The assembled battery device characterized in that, when a predetermined threshold value is exceeded, the detection value of the charging rate of the secondary battery is set to a specified value of the charging rate that is associated in advance with the predetermined threshold value. .
前記二次電池への充電の際に、前記二次電池について検出された電圧、電流を用いて、前記二次電池に蓄えられた充電率を算出する演算装置と、を備え、
前記演算装置は、前記低変化領域において充電を実施する際に、電圧の時間変化率が所定の時間、予め定めた閾値を上回った場合に、前記二次電池の充電率の検出値を、当該予め定めた閾値に対して予め対応付けられ前記電圧の時間変化率と充電率との間に満たされる関係式から算出した充電率の値に設定することを特徴とする組電池装置。 A plurality of secondary batteries having charging characteristics including a low change region in which a voltage change with respect to a charging rate is a predetermined value or less;
An arithmetic unit that calculates the charge rate stored in the secondary battery using the voltage and current detected for the secondary battery when charging the secondary battery, and
When performing the charging in the low change region, the arithmetic device, when the time change rate of the voltage exceeds a predetermined threshold for a predetermined time, the detected value of the charge rate of the secondary battery, An assembled battery device, characterized in that it is set to a charge rate value calculated from a relational expression that is associated in advance with a predetermined threshold value and satisfied between the time change rate of the voltage and the charge rate .
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